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机械臂作为一种可编程的替代人类劳动的自动化设备被广泛应用于智能装配、医疗服务、航空制造等领域。由于机械臂在生活的中应用愈加广泛,人们对于机械臂性能的要求也随之提高,因此越来越多的高性能伺服发动机作为执行器被应用到了机械臂系统当中,其中永磁同步电机(PMSM,Permanent Magnet Synchronous Machine)因其具有结构简单、体积小、效率高等优点而备受欢迎。本文以永磁同步电机驱动的机械臂为研究对象,分别从信号与能量两个角度出发对考虑执行机构动力学的机械臂轨迹跟踪控制问题展开研究,并对能够综合两者优点的协调控制策略进行了研究。本文的主要工作为:1)对PMSM驱动系统展开研究,根据基于端口受控耗散哈密顿系统的无源性控制理论设计了PMSM能量控制器,以解决PMSM驱动系统中存在的匹配与非匹配不确定性问题。通过Links-RT平台对所提出的控制策略进行了实验验证。根据有限时间终端滑模控制理论设计了PMSM信号控制器,通过引入新的滑模面和双幂次趋近律在提升PMSM驱动系统的响应速度的同时削弱了滑模抖振,通过MATLAB仿真平台验证了算法的有效性。2)对考虑执行机构动力学的机械臂系统的分散控制问题展开研究,在一定的假设条件下将n自由度机械臂分解成为n个独立的子系统,并分别依据端口受控耗散哈密顿系统的无源性控制理论与非线性比例积分微分控制(PID,proportionalintegral-derivative control)算法设计单关节机械臂能量与信号控制器。在章节的最后通过MATLAB仿真平台验证了算法的有效性。3)对考虑执行机构动力学的机械臂系统的协调控制问题展开研究,设计了n自由度机械臂的集中控制方案。将机械臂控制系统分解为机械控制子系统与电气控制子系统,分别从能量与信号的观点出发设计机械子系统控制器,并通过平滑切换策略联接能量与信号控制器,将经过平滑切换策略的输出电流作为电气子系统给定电流,实现机械控制子系统与信号控制子系统的连接,最终形成协调控制策略。对依据时间切换的平滑控制策略进行了对比研究,并进一步提出了依据跟踪误差变化率平滑切换策略。通过MATLAB仿真平台对所提出控制策略进行验证,仿真结果证明协调控制策略能够实现能量与信号控制器的优势互补,使控制系统兼具良好的动态性能和稳态性能。综上所述,本文分别从能量与信号两个角度出发设计了PMSM驱动系统与PMSM驱动机械臂轨迹跟踪系统的能量控制器与信号控制器。为提升系统控制性能,结合两种控制器的优势,本文研究了依据时间进行平滑切换的协调控制策略,并进一步提出了依据系统跟踪误差变化率进行平滑切换的协调控制策略,更好地结合了能量与信号控制器,使系统兼具良好的动态性能与稳态性能。